DE10360236A1 - Electronic components external energy-free cooling e.g. for microprocessors in computers, has closed double-wall pipe system with base plate - Google Patents

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Abstract

An external energy-free cooling arrangement for electronic components results from the smooth surfaces of cooling fins on the electronic component and conditioned by the high thermal output and the small dimensions of the electronic components, on which the integrated base-plate (evaporator) (11) of a closed double-wall pipe system are arranged, with the base-plate matched to the surface shape of the component(5). The inner tube (3) serves as a riser pipe for coolant gas (vapor) (7), and the outer pipe (2) serves as a coolant return flow line. To improve heat removal (take-off) within the riser tube, an additional evaporation surface (4) is integrated on the base-plate (11). Between the inner and outer pipes in order to fix the spacing, spacing points (9) can be arranged in regulated- or unregulated-gaps. Water is preferably used as coolant (8). An independent claim is included for the temperature requirements which can be used in correspondence to each coolant.

Description

Fremdenergiefreie Kühlung für elektronische Bauteile.External energy-free cooling for electronic Components.

Elektronische Bauteile, wie sie vor allem in der Computerbranche als Mikroprozessoren und Mikrochips verwendet werden, haben eine hohe elektrische Energieaufnahme, welche eine Aufheizung des elektronischen Bauteils bedingt. Um unzulässig hohe Temperaturen an dem elektronischen Bauteil zu vermeiden, werden diese, unabhängig von integrierten oder gefrästen Kühlrippen, mittels Lüftergebläse und oder Wasserkreisläufe gekühlt. Diese Zwangslüftung und oder Wasserkühlung erfordert ebenfalls zusätzliche Energie.electronic Components, especially in the computer industry as microprocessors and microchips used have a high electrical energy consumption, which causes a heating of the electronic component. Inadmissible high temperatures to avoid the electronic component, these are independent of integrated or milled Cooling fins, by means of fan blower and or Water cycles cooled. This forced ventilation and or water cooling also requires additional Energy.

Die technische Aufgabe besteht darin, dass eine Kühlung von elektronischen Bauelementen erreicht wird, ohne dass zusätzliche Energie für diese zu benötigt wird und ohne dass bei der Kühlung eine Geräuschbelästigung durch den Betrieb der Zwangslüftung und der Umwälzpumpe bei Wasserkühlung entsteht.The technical task is that a cooling of electronic components is achieved without any additional Energy for these too needed and without that during cooling a noise nuisance through the operation of forced ventilation and the circulation pump produced by water cooling.

Die Lösung des technischen Problems wird dadurch erreicht, dass ein Doppelrohrsystem nach 1 aus folgenden Komponenten gefertigt wird. Das äußere Rohr, das Rücklaufrohr (2), ist am unteren Ende durch eine Bodenplatte, der Verdampferplatte (11), und durch einen oberen Rohrdeckel verschlossen. In dem Rücklaufrohr (2) ist ein zweites Rohr, das Steigrohr (3), integriert. Im Bereich der Verdampferplatte (11) sind die beiden Rohre (2 und 3) aus hydraulischen Gründen vorzugsweise glockenförmig ausgebildet. Zusätzlich kann innerhalb des Steigrohres (3) ein zusätzlicher Verdampfungskörper (4) zur besseren Wärmeableitung angeordnet sein. Zur Befüllung des Doppelrohrsystems nach 1 wird am Rücklaufrohr (2) ein verschließbares Füll- bzw. Entleerungsrohr (1) vorgesehen. Am oberen Ende des Rohrsystems nach 1 und 5 wird der Kondensator (Verflüssiger) (6) angeordnet. Dieser Kondensator kann in verschiedenster Form (Konvektor, Kasten, Rohrschlange usw.) ausgebildet sein. Die Länge des Doppelrohrsystems richtet sich nach der Entfernung zwischen dem Verdampfer (11) am elektronischen Bauteil (5) und dem Kondensator (6). Ebenso ergibt sich die Füllmenge des Kältemittels (8) und die Größe (Fläche) des Verdampfers (11) nach der Größe des elektronischen Bauteils und der abzuführenden Energie. Der Verdampfer (11) sollte der Oberfläche des elektronischen Bauteils (5), gegebenenfalls unter Verwendung eines Kontaktmittels, angepasst sein. Der Kondensator (6) wird vorzugsweise außerhalb der Gehäuse bzw. Schaltschränke angeordnet.The solution to the technical problem is achieved by having a double pipe system after 1 made of the following components. The outer tube, the return pipe ( 2 ), is at the bottom by a bottom plate, the evaporator plate ( 11 ), and closed by an upper tube cover. In the return pipe ( 2 ) is a second tube, the riser ( 3 ), integrated. In the area of the evaporator plate ( 11 ) are the two tubes ( 2 and 3 ) For hydraulic reasons, preferably bell-shaped. In addition, within the riser ( 3 ) an additional evaporation body ( 4 ) may be arranged for better heat dissipation. For filling the double pipe system 1 is at the return pipe ( 2 ) a closable filling or emptying tube ( 1 ) intended. At the top of the pipe system after 1 and 5 is the condenser (condenser) ( 6 ) arranged. This capacitor can be formed in a variety of forms (convector, box, coil, etc.). The length of the double pipe system depends on the distance between the evaporator ( 11 ) on the electronic component ( 5 ) and the capacitor ( 6 ). Likewise, the filling amount of the refrigerant ( 8th ) and the size (area) of the evaporator ( 11 ) according to the size of the electronic component and the energy to be dissipated. The evaporator ( 11 ), the surface of the electronic component ( 5 ), optionally with the use of a contact agent. The capacitor ( 6 ) is preferably arranged outside the housing or control cabinets.

Die Funktion der Kühlung erfolgt der Art, dass in das Doppelrohrsystem nach 1 über das Füllrohr (1) Kältemittel (8) gefüllt wird. Vorzugsweise kann das Wasser sein. Um einen entsprechend niedrigen Siedepunkt zu erreichen, wird über verschließbare Füll- bzw. Entleerungsrohr (1) und Vakuumpumpe ein Unterdruck erzeugt, der dem gewünschten Siedepunkt des Wassers entspricht. Danach wird das Rohr (1) dauerhaft verschlossen. Das Kältemittel (8) nimmt über die Verdampferplatte (11) von dem elektronischen Bauteil (5) die anfallende Wärme auf und verdampft. Der Kältemitteldampf (7) steigt in dem inneren Steigrohr (3) nach oben zu dem Kondensator (6). Hier gibt der Kältemitteldampf (7) seine Wärme ab und wird dadurch wieder zu dem flüssigen Kältemittel (7). Unter Beibehaltung eines Gefälles, bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6), läuft das Kältemittel (7) wieder zum Verdampfer (11) zurück. Dadurch entsteht ein steter Kreislauf, der keine zusätzliche Energie benötigt.The function of cooling is the way that after in the double pipe system 1 over the filling tube ( 1 ) Refrigerant ( 8th ) is filled. Preferably, the water may be. In order to achieve a correspondingly low boiling point, via closable filling or emptying tube ( 1 ) and vacuum pump generates a negative pressure corresponding to the desired boiling point of the water. Then the pipe ( 1 ) permanently closed. The refrigerant ( 8th ) takes over the evaporator plate ( 11 ) of the electronic component ( 5 ) the accumulating heat and evaporates. The refrigerant vapor ( 7 ) rises in the inner riser ( 3 ) up to the capacitor ( 6 ). Here the refrigerant vapor ( 7 ) from its heat and is thereby returned to the liquid refrigerant ( 7 ). While maintaining a slope, with horizontal arrangement of the capacitor ( 6 ), the refrigerant is running ( 7 ) back to the evaporator ( 11 ) back. This creates a steady cycle that requires no additional energy.

11
verschließbares Füll- bzw. Evakuierungsrohrlockable filling or evacuation tube
22
Rücklaufrohr (Kondensat, Kältemittel)Return pipe (Condensate, refrigerant)
33
Steigrohr (Kältemitteldampf)riser (Refrigerant vapor)
44
zusätzlicher Verdampfungskörper (z.B. Konvektor)additional Evaporating body (e.g., convector)
55
Elektronisches Bauteil als Wärmequelle (Prozessor, Mikrochip usw.)electronic Component as a heat source (Processor, microchip, etc.)
66
Kondensator (Verflüssiger)capacitor (Condenser)
77
KältemitteldampfRefrigerant vapor
88th
Kältemittelrefrigerant
99
Abstandpunkte (Arretierungs-)distance points (Arresting)
1010
KlammerarretierungKlammerarretierung
1111
Verdampferplatteevaporator plate
1212
Ausdehnungsgefäß (offen oder geschlossen)Expansion vessel (open or closed)
1313
Absperrventilshut-off valve
1414
UmtriebsflüssigkeitUmtriebsflüssigkeit

Zeichnungen (als Prinzipdarstellungen)Drawings (as schematic representations)

1 Doppelmantelrohr als Schnittdarstellung mit senkrechtem Kondensator (6) 1 Double jacket tube as a sectional view with vertical condenser ( 6 )

2 Darstellung bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6) 2 Representation with horizontal arrangement of the capacitor ( 6 )

3 Darstellung der Verdampferplatte (11) mit Schraubbügel (10) 3 Representation of the evaporator plate ( 11 ) with screw bracket ( 10 )

4 Draufsicht auf das Doppelmantelrohr mit senkrechtem Kondensator (6) und Varianten einer möglichen Ausführung. 4 Top view of the double-jacket tube with vertical condenser ( 6 ) and variants of a possible execution.

5 Darstellung der Variante im Zweirohrsystem. 5 Representation of the variant in the two-pipe system.

6 Darstellung als Schwerkraftumtriebsanlage mit Ausdehnungsgefäß (12) und Absperrventil (13) 6 Representation as a gravity rotary plant with expansion tank ( 12 ) and shut-off valve ( 13 )

7 Darstellung bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6) bei Schwerkraftumtriebsanlage mit Ausdehnungsgefäß (12) und Absperrventil (13) 7 Representation with horizontal arrangement of the capacitor ( 6 ) in gravity-driven plant with expansion vessel ( 12 ) and shut-off valve ( 13 )

Claims (2)

Fremdenergiefreie Kühlung für elektronische Bauteile mit folgenden Merkmalen: Die Kühlung von elektronischen Bauteilen (Prozessoren, Mikrochips usw.) erfolgt durch die eigene glatte Oberfläche oder mittels, auf dem elektronischen Bauteil integrierten oder eingefrästen Kühlrippen. Durch die hohe Wärmeleistung und der geringen Abmessung der elektronischen Bauteile bedingt, muss zur Abführung der anfallenden Prozessorwärme zusätzlich eine Zwangslüftung oder eine Wasserkühlung mit Umwälzpumpe installiert werden. Der Betrieb der Zwangslüftung und oder Wasserkühlung erfordert zusätzliche elektrische (Fremd-) Energie für den Betrieb des Lüfters und oder der Umwälzpumpe. Der Betrieb der Zwangslüftung und der Umwälzpumpe erzeugt im Dauerbetrieb unangenehme Nebengeräusche. dadurch gekennzeichnet, dass an das elektronische Bauteil (5) die integrierte Grundplatte (Verdampfer) (11) eines geschlossenen Doppelrohrsystems nach 1 angeordnet wird, die Grundplatte (Verdampfer) (11) der Oberflächenform des elektronischen Bauteils (5) angepasst, um einen bestmöglichen Kontakt zwischen dem Bauteil und der Grundplatte (Verdampfer) (11) zu erreichen, angepasst ist, zwischen der Grundplatte (Verdampfer) (11) und dem elektronischen Bauteil (5) zwecks besseren Kontaktes ein Kontaktmittel aufgetragen ist, das innere Rohr (3) als Steigrohr für das Kältemittelgas (-dampf) (7) dient, das äußere Rohr (2) als Kältemittelrücklaufleitung fungiert, das innere (3) und äußere Rohr (2) den Erfordernissen entsprechend glatt (im fortlaufend gleich bleibendem Durchmesser) oder verjüngend 1 und 3 (glockenförmig) ausgebildet ist, auf die Grundplatte (11) zur besseren Wärmeableitung im inneren des Steig-rohres eine zusätzliche Verdampferfläche (4) mit oder ohne Zulauföffnungen, in jeder möglichen Form integriert ist, die Wärmeabgabe durch einen Kondensator 2 und 4 durch die verschiedensten Arten von Kondensationsflächen (Konvektoren, Rohrschlangen, Rippenrohren usw.) erfolgt, an dem Doppelrohrsystem 1 eine verschließbare Füll- und Entleerungsein- richtung (-rohr) (1) angeordnet ist, zwischen dem Innen- (3) und Außenrohr (2) zwecks Abstandsfixierung Abstandspunkte (-warzen) (9) in regel- oder unregelmäßigen Abständen angeordnet sein können, als Kühlmittel (8) vorzugsweise Wasser verwendet und der gewünschten Verdampfungstemperatur entsprechend über die Füll- und Entleerungseinrichtung (1) ein zugeordnetes Vakuum erzeugt wird, welches nach dem Verschluss der Füll- und Entleerungseinrichtung (1) beibehalten wird.External energy-free cooling for electronic components with the following features: The cooling of electronic components (processors, microchips, etc.) takes place by means of its own smooth surface or by means of cooling fins integrated or milled into the electronic component. Due to the high heat output and the small dimensions of the electronic components, forced ventilation or water cooling with a circulation pump must be additionally installed to dissipate the resulting processor heat. The operation of forced ventilation and / or water cooling requires additional electrical (foreign) energy for the operation of the fan and / or the circulation pump. The operation of the forced ventilation and the circulating pump produces unpleasant noise during continuous operation. characterized in that to the electronic component ( 5 ) the integrated base plate (evaporator) ( 11 ) of a closed double pipe system 1 is arranged, the base plate (evaporator) ( 11 ) the surface shape of the electronic component ( 5 ) to ensure the best possible contact between the component and the base plate (evaporator) ( 11 ), between the base plate (evaporator) ( 11 ) and the electronic component ( 5 ) for better contact a contact agent is applied, the inner tube ( 3 ) as a riser for the refrigerant gas (vapor) ( 7 ), the outer tube ( 2 ) acts as a refrigerant return line, the inner ( 3 ) and outer tube ( 2 ) according to the requirements smooth (continuous diameter) or tapered 1 and 3 (bell-shaped) is formed on the base plate ( 11 ) for better heat dissipation in the interior of the riser pipe an additional evaporator surface ( 4 ) with or without inlet openings, is integrated in every possible form, the heat transfer through a condenser 2 and 4 through the various types of condensation surfaces (convectors, coils, finned tubes, etc.) takes place on the double pipe system 1 a closable filling and emptying device (tube) ( 1 ) is arranged between the inner ( 3 ) and outer tube ( 2 ) for distance fixation distance points (-warts) ( 9 ) can be arranged at regular or irregular intervals, as a coolant ( 8th ) preferably used water and the desired evaporation temperature according to the filling and emptying device ( 1 ) an associated vacuum is generated, which after closure of the filling and emptying device ( 1 ) is maintained. Nebenansprüche: den Temperaturerfordernissen entsprechend jedes beliebige Kältemittel (8) verwendet werden kann, die Grundplatte (11) mittels Schraub- oder Bügelverbindungen auf dem elektronischen Bauteil (5) befestigt werden kann, die fremdenergiefreie Kühlung nicht als Doppelrohr nach 1, sondern den Erfordernissen entsprechend auch als getrenntes Zweirohrsystem nach 5 ausgeführt wird. die fremdenergiefreie Kühlung nicht mit einem Kältemittel (8), sondern mit einer Flüssigkeit (14), vorzugsweise Wasser, im Schwerkraftumtriebsprinzip offen oder geschlossen nach 6 und 7 mit offenen oder geschlossenem Ausdehnungsgefäß (12) betrieben wird. bei Verwendung von unter Unterdruck stehendem Wasser oder einem anderem Kältemittel, das System nicht als Doppelrohr (3 u. 4), sondern als Einrohrsystem, nur mit dem Außenrohr (2), betrieben wird.Ancillary claims: the temperature requirements corresponding to any refrigerant ( 8th ) can be used, the base plate ( 11 ) by means of screw or iron connections on the electronic component ( 5 ), the external energy-free cooling is not as a double tube after 1 , but according to the requirements also as a separate two-pipe system 5 is performed. the external energy-free cooling not with a refrigerant ( 8th ), but with a liquid ( 14 ), preferably water, in the gravity drive principle open or closed after 6 and 7 with open or closed expansion vessel ( 12 ) is operated. When using under-pressure water or other refrigerant, do not use the system as a double tube ( 3 u. 4 ), but as a single-pipe system, only with the outer tube ( 2 ), is operated.
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